فرایند جذب سطحی
فرایند جذب سطحی :
بطور کلی جمع آوری مواد محلول در آب در داخل یک فاز جامد را فرایند جذب سطحی گویند. فرایند جذب سطحی را می توان برای جداسازی گازهای خاصی از هوا و یا هر گاز دیگری نیز به کار برد. لیکن در اینجا فقط به بررسی حذف مواد محلول در آب به کمک مواد جاذب می پردازیم.
یکی از مواد جاذب مشهور کربن فعال می باشد. از کربن فعال بطور معمول جهت حذف آلاینده های خاص استفاده می شود. بطور معمول این فرایند پس از پایان فرایندهای تصفیه متداول همچون فرایندهای بیولوژیکی و ته نشینی نهایی به کار می رود اما بعضاً بطور همزمان با فرایند بیولوژیکی هم قابل استفاده می باشد.
فرایند تولید کربن فعال :
کربن فعال را می توان از طریق برخی مواد آلی همچون پوست نارگیل، بادام، گردو و… تهیه نمود. بسیاری از محققان ایرانی و خارجی نیز بر روی تولید کربن فعال از بسیاری زائدات و مواد مختلف کار نموده اند. بطور مثال برگ درختان، خاک اره، زائدات جامد، پوست میوه ها، شلتوک. برای تولید کربن فعال مواد اولیه مذکور را تا حد گداختگی (بیش از 550 درجه سانتی گراد) حرارت می دهیم. در این شرایط باید مقدار اکسیژن را محدود سازیم تا تنها بخشی از مواد اولیه کربن دار اکسیدشوند. در این شرایط بخشی از مواد اولیه اکسید شده و ساختاری بسیار متخلخل را ایجاد می نماید. تخلخل زیاد می تواند منجر به ایجاد سطح وسیعی در ماده جاذب گردد.
مقدار تخلخل و ابعاد آن به نوع ماده اولیه ای که مورد استفاده قرار می گیرد بستگی دارد. هر چه میزان تخلخل افزایش یابد جاذب مرغوب تر بوده و قدرت جذب زیادتری هم خواهد داشت. کربن فعال به دو شکل گرانول و پودری تولید و مصرف می گردد. کربن فعال گرانوله ذراتی درشت بوده لیکن کربن فعال پودری ذرات بسیار ریز و پودری شکل می باشد.
کربن فعال دانه ای :
از این نوع کربن فعال در ستون هایی ثابت محبوس شده و با عبور آب از آنها برای حذف آلاینده ها استفاده می گردد. با توجه به فرایند جذب سطحی و شکل ستون بستر ثابت کربن فعال امکان ورود جامدات معلق به ستون کربن فعال و ایجاد گرفتگی در آن وجود دارد.قبل از آن باید فرایندهای ته نشینی و صاف سازی با کمک صافی های شنی پیش بینی گردد. همچنین باید پیش بینی های لازم جهت پس شویی و جلوگیری از گرفتگی ستون کربن فعال صورت پذیرد. ستون کربن فعال را می توان بطور مستقل، موازی و یا متوالی به کار بست بستر ثابت دارای افت فشار زیادی می باشد. لذا محققین برای رفع این مشکل از بسترهای متحرک استفاده نمایند.
در این بسترها مقدار کربن فعال گرانوله کمتر از بستر ثابت بوده لذا گرانول ها امکان حرکت کردن را دارند. در برخی موارد برای حرکت کردن گرانولها با کمک تزریق هوا به داخل ستون موجبات حرکت شدید ذرات گرانوله خواهد شد. در این گونه ستون ها گرفتگی بستر بسیار کم تر بوده و بعضاً مشکلی به نام گرفتگی بستر وجود ندارد. در این نوع ستون کربن فعال اشباع شده از ستون خارج و کربن تازه به داخل آن تزریق می گردد.
کربن فعال پودری :
این کربن را به پسآب تصفیه شده اضافه می کنند. پودر کربن فعال منجر به جذب آلاینده های باقی مانده در پسآب می گردد. کربن فعال پودری خود به عنوان یک الاینده آب محسوب می گردد، لیکن جداسازی آن از پساب خروجی الزامی است. بدین منظور می توان از فرایندهایی مثل صاف سازی با کمک صافی های شنی و یا انعقاد و لخته سازی نسبت به جداسازی پودر کربن فعال از پساب خروجی اقدام نمود.
بازیافت کربن فعال (فعال سازی مجدد):
استفاده از کربن فعال در فرایند جذب سطحی به شرطی اقتصادی می باشد که برنامه ای برای بازیافت کربن فعال اشباع شده در نظر گرفته شود. لازم به ذکر است که کربن فعال پس از مدتی استفاده از مواد آلی اشباع شده و دیگر امکان جذب ماده جدید را نخواهد داشت. لذا باید کربن فعال را از ستون کربن فعال خارج نمود و پس از فعال سازی مجدد آن را به ستون بازگرداند. برای فعال سازی کربن فعال اشباع شده می توان آن را مجدداً به داخل گروه باز گرداند. ظرفیت کربن فعال بازیافتی اندکی کمتر از کربن فعال تازه می باشد. در هر بار فعال سازی کربن فعال حدود 5 الی 10 درصد کربن فعال از بین رفته و باید کربن فعال جدید
جایگزین آن گردد.
تحلیل فرایند جذب سطحی :
فرایند جذب سطحی در سه بخش کاملا مجزا انجام میگیرد :
- حرکت موادآلاینده به فصل مشترک فاضلاب و ماده جاذب: این عمل به کمک فرایندهای اختلاط صورت می گیرد و با مخلوط نمودن مناسب فاضلاب مواد به خوبی به آن فصل مشترک می رسند.
- پخش شدن مواد آلاینده در مجموعه حفره های موجود در کربن فعال (تخلخل موجود در آن) و نهایتاً رسیدن آن به نواحی جذب در داخل کربن فعال.
- جذب مواد آلاینده در محل هاي مخصوص جذب:
جذب مواد آلاینده در جاذب ها به دو صورت شیمیایی و جذب فیزیکی تقسیم میشود. به طور معمول تشخیص این دو جذب در کربن فعال مشکل است، لیکن برخی از مواد جاذب می تواند با برخی از آلاینده ها ترکیب شده و یا اصطلاحاً جذب شیمیایی شود. به طور مثال: جذب فرمالدوئید بر روی موی انسان یک جذب شیمیائی است. به طور معمول فرآیند جذب شیمیایی غیر قابل برگشت بوده، لذا بازیافت ماده جاذب در این زمینه غیر ممکن است.
در ابتدای شروع فرآیند جذب سطحی (جذب فیزیکی) مقدار جذب آلاینده و مقدار دفع آلاینده و مقداردفع آلاینده از سطح کربن فعال با یکدیگر برابر می شوند (به تعادل رسند)، در این حالت کربن فعال اشباع شده و تمام ظرفیت آن پر شده است. برای تحلیل فرآیند جذب از نظر ریاضی معادلات مختلفی همچون معادلات فروندلیخ، لانگمویر، رامت و تلر توسط محققین مختلف ارائه شده است. در میان تمام این معادلات، معادلات فروند لیخ و لانگمویر از همه پر کاربرد تر می باشد.
معادله فروند لیخ به قرار زیر است:
در این معادله نسبت M به m مقدار ماده جذب شده در واحد وزن جذب کننده وk و n ثابت هاب تجربی میباشد. برای تعیین ثابت های تجربی در این معادله می توان از آزمایشات عملی استفاده نمود. ثابتهای معادله فروند لیخ ابتدا باید معادله را خطی نمود. برای این امر از دو طرف معادله Logمیگیریم.
